多层体光栅脉冲激光整形装置及方法制造方法及图纸

一种多层体光栅脉冲激光整形装置及方法，该装置包括一个记录在全息材料内空间分离的多层体光栅，在待整形的脉冲激光光束入射方向放置的起偏器，在透射脉冲激光光束方向和衍射脉冲激光光束方向分别放置的检偏器。利用多层体光栅对待整形脉冲激光光束的衍射作用，适当调节多层体光栅的层数、厚度和光栅周期等特征参数控制脉冲激光光束的带宽和波形。与在先技术相比，本发明专利技术对于输入脉冲激光光束的整形范围更广，可选择的多层体光栅特征参量多，便于脉冲滤波整形功能的最优化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及脉冲激光光束整形，尤其是一种多层体光栅脉冲激光光束整形装置及 方法。
技术介绍
随着脉冲激光光束产生技术的发展，光脉冲整形技术作为脉冲激光光束产生的补 充手段，为超快光谱学，非线性光学和强场物理提供了前所未有的控制激光脉冲波形的手 段而得到了广泛的研究。人们已经发展了一系列光波形合成或脉冲整形的技术方法。在先 技术 (A. M. ffeiner, J. P. Heritage, and Ε. Μ. Kirschner,"High resolution femtosecond pulse shaping,，，J. Opt. Soc. Am. B5,1563-1572，1988)利用时域 Fourier 变换进行，其核心 是利用模板对在空间色散开来的各频率成分进行平行调制，最终达到脉冲整形的目的。但 是，所用的模板有利用微细加工制作的振幅掩模板和相位掩模板，不易提供连续的位相变 化，每个实验必须制造新的模板。由于体全息光栅易于实现动态处理，多功能化和易于集成等优点，使它在脉冲激 光光束的传输整形中得到了应用。在先技术(王春花，等，超短脉冲激光光束体全息光 栅整形装置，专利技术专利，申请号=200610024096. 0)提出了一种基于单个体光栅的超短脉冲 激光整形装置，通过调制入射脉冲的偏振状态和体光栅特征参量来实现。但是，现有技术中 使用的宽带偏振旋转器由于超短脉冲包含的频谱成分很多而难以制作，而且体光栅对某些 偏振态的输入脉冲的衍射效率会很低，限制了该脉冲整形装置的应用。另外，现有技术中使 用了单个体全息光栅，可选择调整的光栅参量少。这些缺点无疑限制了体全息光栅对脉冲 激光整形技术的应用发展，因此我们需要研制一种衍射效率高，并能进行多自由度光栅参 量调节的激光脉冲整形方法和装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种多层体光栅脉冲激光整形 装置及方法，利用多层体光栅对脉冲激光光束的衍射作用，优化体光栅的层数、厚度和光栅 周期等参数，对脉冲激光光束进行整形，具有可调节参量多，整形范围广的优点。本专利技术的技术解决方案如下一种多层体光栅脉冲激光整形装置，特点在于其构成包括起偏器、多层体光栅、第 一检偏器和第二检偏器，所述的起偏器将待整形入射脉冲激光Ltl变为线偏振光束并入射到 所述的多层体光栅，所述的第一检偏器置于所述的多层体光栅的透射脉冲激光光束L1S 向，所述的第二检偏器置于所述的多层体光栅的衍射脉冲激光光束L2方向。所述的多层体光栅是在全息记录介质上记录产生的两个或两个以上空间分离的 透射型或反射型体光栅，每两个体光栅之间有一折射率均勻的填充层，每个体光栅和填充 层的层数、厚度和光栅周期等参数的确定要根据脉冲激光带宽和波形的需要，先用多层体 光栅脉冲整形方法进行参数优化，然后再制作多层体光栅。所述的第一检偏器的通光轴方向相对于所述的起偏器的通光轴方向具有旋转一 定角度θ工的旋转机构，用于调节透射脉冲激光光束的输出波形。所述的第二检偏器的通光轴方向相对于所述的起偏器的通过方向具有旋转一定 角度θ 2的旋转机构，用于调节衍射脉冲激光光束的输出波形。一种所述的多层体光栅脉冲激光整形方法，该方法包括下列步骤 ①选定待整形的脉冲激光光束的波形，确定其中心波长、脉冲宽度和光谱宽度；②根据待整形脉冲激光的整形要求，根据多层体光栅的衍射光束和透射光束的振 幅或光强表达式用计算机编程优化选取相应光栅参量的多层体光栅，根据确定的光栅参量 包括体光栅的光栅周期、光栅矢量方向、单层体光栅厚度、填充层厚度和多层体光栅层数制 备多层体光栅；③根据入射脉冲激光光束的偏振状态，将所述的起偏器置于所述的多层体光栅之 前待整形入射脉冲激光Ltl方向，调整放置在入射光束方向的起偏器的通光轴方向使得入射 脉冲激光光束为线偏振光，使待整形入射脉冲激光Ltl变为线偏振光束并使之入射到所述的 多层体光栅；④将所述的第一检偏器置于所述的多层体光栅的透射脉冲激光光束L1方向，所述 的第二检偏器置于所述的多层体光栅的衍射脉冲激光光束L2方向，调整透射脉冲激光光束 方向的第一检偏器和衍射脉冲激光光束方向的第二检偏器的通光轴方向，得到所需的脉冲 激光光束。本专利技术的技术效果由于本专利技术用多层空间分离的体光栅代替了单层体光栅，通过合理选择表征多层 体光栅的层数、单层光栅厚度、填充层的厚度和光栅周期等参数实现对入射脉冲激光的时 空整形。突出优点是多层体光栅可选择的自由度更多，便于脉冲激光滤波整形功能的最优 化，有利于整个脉冲激光整形装置向高速、全光化和集成化光学器件方向发展。附图说明图1为本专利技术多层体光栅脉冲激光整形装置的结构示意图。图中1-起偏器，2-多层体光栅，3-第一检偏器，4-第二检偏器，Ltl-待整形脉冲 激光，L1-透射脉冲激光，L2-衍射脉冲激光。图2为输入脉冲宽度为50fs时，整形后的衍射脉冲激光光束L2的归一化强度谱 随着填充层厚度的变化曲线。图3为输入脉冲宽度为50fs时，整形后的衍射脉冲激光光束L2的归一化强度谱 随着两个体光栅厚度之比T1Zt2的变化曲线。图4为输入脉冲宽度为50fs时，整形后的衍射脉冲激光光束L2的归一化强度谱 随着多层体光栅的光栅周期增加的变化曲线。图5为输入脉冲宽度为50fs时，整形后的衍射脉冲激光光束L2的归一化强度谱 随着多层体光栅层数增加的变化曲线。具体实施例方式以下结合附图与实施例对本专利技术作进一步的说明。先请参阅图1，图1是本专利技术多层体光栅脉冲激光整形装置一个具体实施例的基 本结构示意图。由图可见，本专利技术多层体光栅脉冲激光整形装置的构成包括起偏器1、多层 体光栅2、第一检偏器3和第二检偏器4，所述的起偏器1置于所述的多层体光栅2之前待 整形入射脉冲激光Ltl方向，将待整形入射脉冲激光Ltl变为线偏振光束并使之入射到所述的 多层体光栅2，所述的第一检偏器3置于所述的多层体光栅2的透射脉冲激光光束L1方向， 所述的第二检偏器4置于所述的多层体光栅2的衍射脉冲激光光束L2方向。 所述的多层体光栅2为在全息记录介质上记录产生的两个或多个空间分离的透 射型或反射型体光栅，每两个体光栅之间有一折射率均勻的填充层。每个体光栅和填充层 的层数、厚度和光栅周期等参数的确定要根据脉冲激光光束带宽和波形的需要，先用所述 的多层体光栅脉冲激光整形方法进行参数优化，然后再制作此多层体光栅2。所述的起偏器1置于的作用是使得被整形的输入脉冲激光光束Ltl为线偏振光束。所述的第一检偏器3的通光轴方向相对于所述的起偏器1的通光轴方向具有旋转 一定角度θ工的旋转机构，用于调节透射脉冲激光光束的输出波形。所述的第二检偏器4的通光轴方向相对于所述的起偏器1的通过方向具有旋转一 定角度θ 2的旋转机构，用于调节衍射脉冲激光光束的输出波形。待整形的脉冲激光光束Ltl经过起偏器1，以θ角入射到多层体光栅2上，且在多 层体光栅2中的折射角即为该多层体光栅记录时的布拉格衍射角，经多层体光栅2的衍射 作用后，输出透射脉冲激光光束L1和衍射脉冲激光光束L2,它们分别经过置于多层体光栅2 后沿着透射脉冲激光光束L1和衍射脉冲激光光束L2传播方向上的第一检偏器3和第二检 偏器4，得到所需的整形脉冲激光光束。本专利技术的工作原理如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层体光栅脉冲激光整形装置，特征在于其构成包括起偏器（１）、多层体光栅（２）、第一检偏器（３）和第二检偏器（４），所述的起偏器（１）置于所述的多层体光栅（２）之前待整形入射脉冲激光Ｌ↓［０］方向，将待整形入射脉冲激光Ｌ↓［０］变为线偏振光束并使之入射到所述的多层体光栅（２），所述的第一检偏器（３）置于所述的多层体光栅（２）的透射脉冲激光光束Ｌ↓［１］方向，所述的第二检偏器（４）置于所述的多层体光栅（２）的衍射脉冲激光光束Ｌ↓［２］方向。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫爱民，孙建锋，职亚楠，周煜，栾竹，刘立人，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]